JP2021145521A - Electric power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power converter.
特許文献1に開示の電力変換装置においては、底面全面と側面が金属材料で形成された上面が開放のケースと、ケースの上面を覆う金属材料で形成されたカバー部材を設け、ケースの底面から鉛直方向に遮蔽壁を立設して、遮蔽壁により隔離された第1の収容部と第2の収容部を形成している。第1の収容部には入力フィルタ回路部を収納し、第2の収容部にはパワー系主回路部と制御回路部と出力フィルタ回路部を収納し、カバー部材は遮蔽壁に当接するようにしている。入力フィルタ回路部を構成する部品間を電気的に接続する多層プリント基板と、パワー系主回路部と制御回路部と出力フィルタ回路部を構成する部品間を電気的に接続する多層プリント基板を分離している。基板を分割して筐体内に壁を設置することで電気的ノイズを遮蔽する。 In the power conversion device disclosed in Patent Document 1, a case in which the entire bottom surface and side surfaces are formed of a metal material and the upper surface is open, and a cover member formed of a metal material covering the upper surface of the case are provided, and the power conversion device is provided from the bottom surface of the case. A shielding wall is erected in the vertical direction to form a first accommodating portion and a second accommodating portion separated by the shielding wall. The input filter circuit section is housed in the first housing section, the power system main circuit section, control circuit section, and output filter circuit section are housed in the second housing section, and the cover member is in contact with the shielding wall. ing. Separates the multilayer printed circuit board that electrically connects the components that make up the input filter circuit and the multilayer printed circuit board that electrically connects the components that make up the power system main circuit, control circuit, and output filter circuit. doing. Electrical noise is shielded by dividing the board and installing a wall inside the housing.
ここで基板間の接続構造を省くために、入力フィルタ回路部を構成する部品と、パワー系主回路部と制御回路部と出力フィルタ回路部を構成する部品とを一枚の基板上に配置しようとすると、遮蔽壁を避けるように基板に切り込みを形成して、切り込みに遮蔽壁が通るようにする必要があるので、回路基板が撓みやすく撓みによって、基板に形成したはんだや基板実装部品にストレスが加わりやすい。 Here, in order to omit the connection structure between the boards, let's arrange the parts that make up the input filter circuit part and the parts that make up the power system main circuit part, the control circuit part, and the output filter circuit part on one board. Then, it is necessary to make a notch in the board so as to avoid the shielding wall so that the shielding wall can pass through the notch. Is easy to join.
本発明の目的は、遮蔽構造でも回路基板の強度を確保することができる電力変換装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power conversion device capable of ensuring the strength of a circuit board even with a shielding structure.
上記課題を解決するための電力変換装置は、スイッチング素子を備える電力変換装置であって、遮蔽壁が立設されたベース部材と、前記ベース部材の開口部を塞ぐカバー部材と、前記遮蔽壁の端部と前記カバー部材との間に配置された回路基板と、を備え、前記回路基板は、前記遮蔽壁に沿って複数のスルーホールを有することを要旨とする。 The power conversion device for solving the above problems is a power conversion device including a switching element, which comprises a base member on which a shielding wall is erected, a cover member that closes an opening of the base member, and the shielding wall. A circuit board arranged between an end portion and the cover member is provided, and the circuit board has a plurality of through holes along the shielding wall.
これによれば、回路基板は遮蔽壁とカバー部材との間に配置されており、遮蔽壁に沿う複数のスルーホールによりノイズを遮蔽することができる。よって、回路基板には切り込みが形成されていないことから、回路基板が撓みにくく撓みによる、回路基板に形成したはんだや基板実装部品のストレスを抑制できる。その結果、遮蔽構造でも回路基板の強度を確保することができる。 According to this, the circuit board is arranged between the shielding wall and the cover member, and noise can be shielded by a plurality of through holes along the shielding wall. Therefore, since the circuit board is not formed with a notch, the circuit board is less likely to bend, and the stress of the solder and the board-mounted components formed on the circuit board due to the bending can be suppressed. As a result, the strength of the circuit board can be ensured even with the shielding structure.
また、電力変換装置において、前記スルーホールが回路基板のグランドパターンに接続されているとよい。
また、電力変換装置において、前記回路基板の前記遮蔽壁に対応する前記ベース部材側と前記カバー部材側の少なくとも一方に、はんだを形成してなるとよい。
Further, in the power conversion device, it is preferable that the through hole is connected to the ground pattern of the circuit board.
Further, in the power conversion device, it is preferable that solder is formed on at least one of the base member side and the cover member side corresponding to the shielding wall of the circuit board.
また、電力変換装置において、前記はんだが、前記遮蔽壁の端部または前記カバー部材に接触しているとよい。
また、電力変換装置において、前記はんだが、回路基板のグランドパターンに接続されているとよい。
Further, in the power conversion device, it is preferable that the solder is in contact with the end portion of the shielding wall or the cover member.
Further, in the power conversion device, it is preferable that the solder is connected to the ground pattern of the circuit board.
本発明によれば、遮蔽構造でも回路基板の強度を確保することができる。 According to the present invention, the strength of the circuit board can be ensured even with the shielding structure.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図9に示すように、スイッチング素子を備える電力変換装置10は、入力端子から高電圧直流電圧を入力するとともに、出力端子から交流電圧を出力する。例えば、車載機器であって、車載蓄電装置から高電圧直流電圧を入力して100Vの交流として出力するものを挙げることができる。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 9, the
電力変換装置10は、入力端子側から出力端子側に向かって、順に、入力フィルタ回路としての高圧入力ノイズフィルタ11、昇圧回路12、DC/DC回路13、DC/AC回路14、及び、AC出力ノイズフィルタ15を有する。
The
高圧入力ノイズフィルタ11は、チョークコイルLchと、チョークコイルLchの入力側において直列接続された一対のコンデンサC1,C2と、チョークコイルLchの出力側において直列接続された一対のコンデンサC3,C4と、一対のコンデンサC3,C4に並列接続されたコンデンサC5とにより構成されている。 The high-voltage input noise filter 11 includes a choke coil Lch, a pair of capacitors C1 and C2 connected in series on the input side of the choke coil Lch, and a pair of capacitors C3 and C4 connected in series on the output side of the choke coil Lch. It is composed of a pair of capacitors C3 and C4 and a capacitor C5 connected in parallel.
昇圧回路12は、コイルL1と、スイッチング用トランジスタQ1と、ダイオードD1とにより構成されている。
DC/DC回路13は、トランスTrと、トランスTrの一次側において直列接続された一対のコンデンサC6,C7と、トランスTrの一次側において直列接続された一対のスイッチング用トランジスタQ2,Q3と、トランスTrの二次側において直列接続された一対のダイオードD2,D3と、トランスTrの二次側において直列接続された一対のダイオードD4,D5と、トランスTrの二次側に接続されたコンデンサC8とにより構成されている。
The booster circuit 12 includes a coil L1, a switching transistor Q1, and a diode D1.
The DC /
DC/AC回路14は、抵抗R1と、直列接続された一対のスイッチング用トランジスタQ4,Q5と、直列接続された一対のスイッチング用トランジスタQ6,Q7とにより構成されている。
The DC /
AC出力ノイズフィルタ15は、コイルL2と、コイルL3と、コンデンサC9と、直列接続された一対のコンデンサC10,C11とにより構成されている。
電力変換装置10の具体的構成について、図1〜図8を用いて説明する。
The AC
The specific configuration of the
なお、図面において、水平面を、直交するX,Y方向で規定するとともに、上下方向をZ方向で規定している。
図1、図2(a)、図2(b)に示すように、電力変換装置10は、ボディアースされる筐体20を有し、筐体20内に図9に示した電力変換装置10を構成する各種部品及び回路基板50が収納されている。筐体20は、上面が開口する四角箱状のベース部材30と、ベース部材30の開口部を塞ぐ四角板状のカバー部材40とにより構成されている。カバー部材40は、ベース部材30に、ねじ止めされる。ベース部材30はアルミよりなり、カバー部材40は鉄よりなる。カバー部材40とベース部材30とは、ねじ締結により電気的に繋がっている。
In the drawings, the horizontal plane is defined in the orthogonal X and Y directions, and the vertical direction is defined in the Z direction.
As shown in FIGS. 1, 2 (a) and 2 (b), the
四角箱状のベース部材30は、底面部30aと、対向する一対の側面部30b,30cと、対向する一対の側面部30d,30eと、を有する。側面部30bには入力コネクタ60及び出力コネクタ61がY方向に離間して配置されている。入力コネクタ60は、側面部30bにおける側面部30dに接近する位置に設けられている。入力コネクタ60は、側面部30bを貫通する状態で固定されている。出力コネクタ61は、側面部30bにおける側面部30eに近い位置に設けられている。出力コネクタ61は、側面部30bを貫通する状態で固定されている。
The square box-
図4(a)、図4(b)に示すように、筐体20の内部における側面部30bと側面部30dとでなす角部には、高圧入力ノイズフィルタ11の構成部品100が配置される。つまり、図9におけるチョークコイルLch、コンデンサC1,C2,C3,C4,C5が配置される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
筐体20の内部におけるベース部材30には、入力フィルタ回路としての高圧入力ノイズフィルタ11の構成部品100を仕切るように遮蔽壁31が立設されている。遮蔽壁31は、図4(b)に示すように、ベース部材30の底面からカバー部材40に向かってZ方向に延びている。遮蔽壁31は、図4(a)に示すように、平行部31aと斜状部31bを有する。平行部31aは、側面部30dと平行にX方向に延びている。斜状部31bは、平行部31aにおける側面部30bに接近する側から延び、側面部30dから離間する方向に斜めに延びて側面部30bにつながっている。平行部31aの端部に、ねじ孔36が形成されている。平行部31aと斜状部31bとの境界部分に、ねじ孔35が形成されている。斜状部31bにおける側面部30b側に、ねじ孔34が形成されている。
A
図2(a)、図2(b)、図3(a)、図3(b)に示すように、回路基板50は、筐体20(ベース部材30)内において遮蔽壁31の端部37とカバー部材40との間に配置される。
As shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), 3 (a), and 3 (b), the
ベース部材30上に回路基板50が、ねじ締結されている。詳しくは、図4(a)、図4(b)に示すように、ベース部材30の側面部30dに、ねじ孔32,33が形成されている。また、図5(a)、図5(b)に示すように、回路基板50に貫通孔51,52,53,54,55が形成されている。そして、図1、図3(a)、図3(b)に示すように、ねじSc1が貫通孔51を通してねじ孔32に螺入される。ねじSc2が貫通孔52を通してねじ孔33に螺入される。ねじSc3が貫通孔53を通してねじ孔34に螺入される。ねじSc4が貫通孔54を通してねじ孔35に螺入される。ねじSc5が貫通孔55を通してねじ孔36に螺入される。遮蔽壁31の端部37にねじ孔34,35,36を形成し、回路基板50をねじ締結することで、後述するようにはんだ(はんだ山)90が、遮蔽壁31の端部37に確実に接触させることができる。なお、図示しないがベース部材30と回路基板50は別の部位においても、ベース部材に設けられたボスにねじ締結されている。そして、その上からカバー部材40が図示しないねじによってねじ締結されている。
The
図5(a)、図5(b)、図6、図8に示すように、回路基板50は、遮蔽壁31に沿って複数のスルーホール70及び複数のスルーホール80を有する。スルーホール70,80は、回路基板50を貫通する孔に、銅めっきによって導体を形成した、めっきスルーホールである。
As shown in FIGS. 5 (a), 5 (b), 6 and 8, the
複数のスルーホール70は、平面視(図3(a)参照)において遮蔽壁31の配置箇所から一方側において遮蔽壁31から離間した位置に遮蔽壁31に沿って形成されている。複数のスルーホール80は、平面視において遮蔽壁31の配置箇所から他方側において遮蔽壁31から離間した位置に遮蔽壁31に沿って形成されている。
The plurality of through
図6、図8に示すように、スルーホール70が回路基板50のグランドパターン110に接続されている。スルーホール80が回路基板50のグランドパターン111に接続されている。
As shown in FIGS. 6 and 8, the through
図5(a)、図5(b)、図6、図7に示すように、回路基板50における遮蔽壁31に対応する位置でのベース部材30側に、ダミーのはんだ(はんだ山)90が断続的に形成されている。また、回路基板50における遮蔽壁31に対応する位置でのカバー部材40側に、ダミーのはんだ(はんだ山)91が断続的に形成されている。図3(a)で説明すると、はんだ(はんだ山)90及びはんだ(はんだ山)91は、平面視において遮蔽壁31に重なるように配置されている。このように、回路基板50の遮蔽壁31に対応するベース部材30側に、はんだ(はんだ山)90が形成されるとともにカバー部材40側に、はんだ(はんだ山)91が形成されている。はんだ(はんだ山)90及びはんだ(はんだ山)91を断続的に形成したのは、連続的に延設すると長手方向(延設方向)において高さを一定にすることが難しくなるためである。
As shown in FIGS. 5 (a), 5 (b), 6 and 7, a dummy solder (solder thread) 90 is provided on the
なお、回路基板50におけるベース部材30側とカバー部材40側の少なくとも一方に、はんだ(はんだ山)90,91が形成されていればよい。
図8に示すように、はんだ(はんだ山)90が、遮蔽壁31の端部37に接触している。はんだ(はんだ山)91が、カバー部材40に接触している。
It is sufficient that the solders (solder ridges) 90 and 91 are formed on at least one of the
As shown in FIG. 8, the solder (solder thread) 90 is in contact with the
なお、はんだ(はんだ山)90,91が、遮蔽壁31の端部37またはカバー部材40に接触していてもよいし、他にも、はんだ(はんだ山)90,91が、回路基板50のグランドパターン110に接続されていてもよい。
The solder (solder ridges) 90, 91 may be in contact with the
このようにして、スルーホール70,80とはんだ(はんだ山)90,91とは、グランドパターン(導体パターン)110,111と繋がっている等により、同電位かつグランド電位となっている。
In this way, the through
次に、作用について説明する。
筐体20の内部において昇圧回路12のスイッチング用トランジスタQ1のスイッチング動作に伴いノイズが発生する。また、DC/DC回路13のスイッチング用トランジスタQ2,Q3のスイッチング動作に伴いノイズが発生する。さらに、DC/AC回路14のスイッチング用トランジスタQ4,Q5,Q6,Q7のスイッチング動作に伴いノイズが発生する。
Next, the action will be described.
Noise is generated inside the
発生したノイズは、高圧入力ノイズフィルタ11の構成部品100の周りに遮蔽壁31が形成されているので高圧入力ノイズフィルタ11に対し遮蔽される。また、回路基板50は、遮蔽壁31に沿って複数のスルーホール70及び複数のスルーホール80を有するので、ノイズは高圧入力ノイズフィルタ11に対し遮蔽される。さらに、回路基板50の遮蔽壁31に対応するベース部材30側及びカバー部材40側に、はんだ(はんだ山)90,91が形成されているので、ノイズは高圧入力ノイズフィルタ11に対し遮蔽される。
The generated noise is shielded from the high-voltage input noise filter 11 because the shielding
このようにして、一枚の基板を用いたノイズ遮蔽構造とすべく、電気的ノイズの遮蔽能力が高められた一体基板、即ち、電気的経路を遮断しない構造にできる。つまり、一枚基板にすることで、電気的経路を遮断しないようにできる。 In this way, in order to form a noise shielding structure using a single substrate, an integrated substrate having an enhanced electrical noise shielding ability, that is, a structure that does not block the electrical path can be formed. That is, by using a single substrate, it is possible to prevent the electrical path from being blocked.
また、はんだ(はんだ山)90,91を設置することで回路基板50と遮蔽壁31の隙間、及び、回路基板50とカバー部材40の隙間を低減し、ノイズ遮蔽能力を高めることができる。
Further, by installing the solders (solder threads) 90 and 91, the gap between the
また、スルーホール70,80を設置し、回路基板50内のノイズ遮蔽能力を高めることができる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
Further, through
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1)スイッチング素子としてのスイッチング用トランジスタQ1〜Q7を備える電力変換装置10の構成として、入力フィルタ回路としての高圧入力ノイズフィルタ11の構成部品100を仕切るように遮蔽壁31が立設されたベース部材30と、ベース部材30の開口部を塞ぐカバー部材40と、遮蔽壁31の端部37とカバー部材40との間に配置された回路基板50と、を備え、回路基板50は、遮蔽壁31に沿って複数のスルーホール70,80を有する。これによれば、回路基板50は遮蔽壁31とカバー部材40との間に配置されており、遮蔽壁31に沿う複数のスルーホール70,80によりノイズを遮蔽することができる。よって、回路基板50には切り込みが形成されていないことから、回路基板50が撓みにくく撓みによる、回路基板50に形成したはんだや基板実装部品のストレスを抑制できる。その結果、遮蔽構造でも回路基板50の強度を確保することができる。
(1) As a configuration of a
(2)スルーホール70,80が回路基板50のグランドパターン110,111に接続されているので、ノイズをより遮蔽することができる。
(3)回路基板50の遮蔽壁31に対応するベース部材30側とカバー部材40側の少なくとも一方に、はんだ(はんだ山)90,91を形成しているので、ノイズをより遮蔽することができる。
(2) Since the through
(3) Since solder (solder ridges) 90 and 91 are formed on at least one of the
(4)はんだ(はんだ山)90,91が、遮蔽壁31の端部37またはカバー部材40に接触しているので、ノイズをより遮蔽することができる。
(5)はんだ(はんだ山)90,91が、回路基板50のグランドパターン110に接続されていると、ノイズをより遮蔽することができる。
(4) Since the solders (solder threads) 90 and 91 are in contact with the
(5) When the solders (solder threads) 90 and 91 are connected to the
(6)スルーホール70,80、はんだ(はんだ山)90,91の形成は通常の回路基板の製造プロセスで形成可能である。したがって追加の工程は必要ない。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
(6) Through
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
○ 回路基板50に、ダミーのはんだ(はんだ山)90,91を実装したが、これに代わり、ダミー導体部品(銅ロック等)を表面実装してもよい。
○ 複数のスルーホール70、複数のスルーホール80は、平面視において遮蔽壁31の配置箇所から離間した位置に遮蔽壁31に沿って形成したが、複数のスルーホール70,80は、平面視において遮蔽壁31の配置箇所において遮蔽壁31に沿って形成してもよい。
○ Although dummy solders (solder threads) 90 and 91 are mounted on the
○ The plurality of through
〇 グランドパターン110,111は図6に示すようにスルーホール70,80をそれぞれつなぐように形成されていなくてもよい。スルーホール70,80およびはんだ90,91をすべて繋ぐように、遮蔽壁31の端部37よりも幅広のパターンで形成されていてもよい。
〇 The
〇 遮蔽壁31の端部37の全長に渡って、スルーホール70,80、はんだ90,91が形成されていなくても、一部分に形成されていればよい。
〇 スルーホール70とスルーホール80はいずれか一方でもよい。
〇 Through holes 70, 80 and
〇 Either one of the through
○ 電力変換装置10は、直流を入力して交流を出力するものに限ることなく、他の電力変換装置、例えばDC/DCコンバータであってもよい。
○ The
10…電力変換装置、30…ベース部材、31…遮蔽壁、37…端部、40…カバー部材、50…回路基板、70,80…スルーホール、90,91…はんだ、110,111…グランドパターン、Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7…スイッチング用トランジスタ。 10 ... Power converter, 30 ... Base member, 31 ... Shielding wall, 37 ... End, 40 ... Cover member, 50 ... Circuit board, 70, 80 ... Through hole, 90, 91 ... Solder, 110, 111 ... Ground pattern , Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7 ... Switching transistors.
Claims (5)
遮蔽壁が立設されたベース部材と、
前記ベース部材の開口部を塞ぐカバー部材と、
前記遮蔽壁の端部と前記カバー部材との間に配置された回路基板と、
を備え、
前記回路基板は、前記遮蔽壁に沿って複数のスルーホールを有することを特徴とする電力変換装置。 A power converter equipped with a switching element
The base member on which the shielding wall is erected and
A cover member that closes the opening of the base member and
A circuit board arranged between the end of the shielding wall and the cover member,
With
The circuit board is a power conversion device having a plurality of through holes along the shielding wall.
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